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复旦大学余学斌课题组–低温化学合成石墨烯上的介孔铝纳米颗粒用于高性能锂离子电池

在低温下可控地合成Al纳米结构仍然是将其应用扩展到新兴领域(例如储能)的巨大挑战。本文中,我们报道了在低至190℃的温度下使用无毒的Mg纳米颗粒(NPs)和熔融的AlCl3在石墨烯上绿色可控的化学合成无孔Al纳米颗粒(mp-Al@G)的方法。此外,副产物(MgCl2)的去除导致Al NPs内部形成中孔,这些中孔均匀分布在石墨烯上。当用作锂离子电池的负极材料时,该复合材料具有高可逆容量和长循环寿命。当与LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2阴极耦合时,全电池能以1C的速率提供455 Wh/kg的能量密度,这证明了其在高能锂离子电池中的潜在应用。这些发现将引发更多关于将Al开发为高性能储能材料的研究。

复旦大学余学斌课题组--低温化学合成石墨烯上的介孔铝纳米颗粒用于高性能锂离子电池

Figure 1. (a)mpAl@G的化学合成示意图;(b)Mg@G的SEM、TEM和HRTEM图像;mp-Al@G的(c)SEM、(d)代表性扫描TEM(STEM)图像和相应的元素映射、以及(e)TEM图像,插图显示更高的放大倍率。

复旦大学余学斌课题组--低温化学合成石墨烯上的介孔铝纳米颗粒用于高性能锂离子电池

Figure 2. mp-Al@G、BM Al–G和参比Al NPs的电化学性质:(a)mp-Al@G的循环伏安图;(b)前两个放电-充电曲线为0.2 A/g,插图显示了BM Al-G和Al NPs在电压平稳之前的骤降;(c)0.2 A/g时的循环性能和库伦效率;(d)倍率性能;(e)2 A/g时的循环性能和库仑效率。

复旦大学余学斌课题组--低温化学合成石墨烯上的介孔铝纳米颗粒用于高性能锂离子电池

Figure 3. (a)mp-Al@G电极可逆锂存储过程的示意图;各种状态下mp-Al@G电极的SEM图像和相应的元素映射:(b1和b2)初始状态,(c1和c2)在0.2 A/g下100次循环后和(d1和d2)在0.5 A/g下100次循环后。

复旦大学余学斌课题组--低温化学合成石墨烯上的介孔铝纳米颗粒用于高性能锂离子电池

igure 4. (a)使用LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2作为阴极的全电池中mp-Al@G电极的示意图;(b)LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2在0.2C半电池中的电压曲线;(c)mpAl@G//NCM在0.2C时的电压曲线;(d)由三个mpAl@G//NCM满电池点亮的29个红色LED的数字图像;(e)评估全电池的性能;(f)mp-Al@G//NCM的高循环性能。

     相关研究成果于2019年由复旦大学余学斌课题组,发表在J. Mater. Chem. A(DOI: 10.1039/c9ta02444a)上。原文:Low-temperature electroless synthesis of mesoporous aluminum nanoparticles on graphene for high-performance lithium-ion batteries。

本文来自石墨烯杂志,本文观点不代表利特纳米立场,转载请联系原作者。

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